結晶面選択的な光励起キャリア輸送に基づく光触媒のヘテロ構造設計

基于晶面选择性光激发载流子传输的光催化剂异质结构设计

基本信息

批准号：
22KJ0969
负责人：
河瀬侑大
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ここまでの研究において、光触媒ナノ粒子を電極触媒巨大粒子に接合する新規構造の実現を試みた。また酸素生成反応における触媒活性を比較し、新規構造の優位性を検証した。従来の光触媒構造は少量の電極触媒を光触媒粒子上に担持したものである。ここまでの研究で、水熱合成法や光電着法などを利用してその逆転構造を実現させることに成功した。各構造を利用してアルカリ水溶液中で酸素生成反応を試みた。その反応速度は、逆転構造を利用した場合に大幅に向上することが確認でき、本研究のコンセプトの優位性を実証できた。また、電気化学測定も同時に行うことで、新規光触媒構造における電極触媒の役割も徐々に明らかになってきている。光触媒性能は、どれだけの光子を化学反応に利用できたかを表す指標「量子効率」で評価すべきであるが、今回の結果では量子効率が低く、光子のほとんどが化学反応に利用できていなかった。今後光触媒材料の選定や合成条件の探索を行い、50%以上の量子効率における活性の差の評価を行う。新規構造の優位性は実証できたが、現在の構造では接合状態が不十分であり、依然として光触媒性能と酸素生成能の最大化は実現できていない。したがって今後は、光触媒の選択的なキャリア輸送に基づいた光触媒性能を最大化させる粒子接合法の開発に注力していく。更に、新規構造における電極触媒の化学状態や電位変化などを分析し、光触媒反応における電極触媒の動作機構と役割を明らかにすることも予定している。

在迄今为止的研究中，我们试图实现一种新结构，其中光催化纳米颗粒与电催化巨型颗粒相结合。此外，比较了氧气产生反应中的催化活性，以验证新结构的优势。常规的光催化结构包括少量在光催化颗粒上支持的电催化剂。通过这些研究，我们成功地使用热液合成和光电沉积方法实现了反向结构。使用每个结构，在碱性溶液中尝试了氧气产生反应。已经证实，当使用倒结构时，反应速率显着提高，证明了这项研究概念的优势。此外，通过同时进行电化学测量，电催化剂在新型光催化剂结构中的作用逐渐变得清晰。应使用指数“量子效率”来评估光催化性能，该量子代表可用于化学反应的光子有多少光子，但是这项研究的结果表明量子效率很低，并且大多数光子无法用于化学反应。将来，将选择光催化材料，并将搜索合成条件，以评估量子效率50％或更高的活性差异。尽管已经证明了新结构的优势，但目前的结构在粘结状态下不足，并且尚未实现最大的光催化性能和氧气产量。因此，将来，我们将集中在开发基于光催化剂的选择性载体转运的光催化性能的粒子键合方法上。此外，计划分析新结构中电催化剂的化学状态和潜在变化，并阐明电催化剂在光催化反应中的工作机理和作用。